六自由度并聯(lián)機器人簡介課件

文獻閱讀報告：

六自由度并聯(lián)機器人簡介指導老師：艾力·玉蘇甫報告人：胡開宇1A文獻閱讀報告：

六自由度并聯(lián)機器人簡介指導老師：艾力·玉蘇甫目錄題目發(fā)展與應用原理伺服系統(tǒng)建模我們的設備2A目錄2A題目南仁東.中國科學G輯.物理學力學天文學,2005,35(5).段艷斌等.機械設計與制造.2013,(8).3A題目南仁東.中國科學G輯.物理學力學天文學,200題目比較項目并聯(lián)機器人串聯(lián)機器人工作空間小大剛度高低奇異性問題很多不多負載能力高低慣量小大結構復雜簡單位置精度誤差平均化誤差積累速度較高較低加速度較高較低承載力多桿積累單桿限制位置反解容易困難位置正解困難容易控制復雜簡單YiuY.K.Ph.D.Thesis.HongKong:TheHongKongUniversityofScienceandTechnology.20024A題目比較項目并聯(lián)機器人串聯(lián)機器人工作空間小大剛度高低奇異性問發(fā)展與應用并聯(lián)機器人簡介并聯(lián)機構的研究最早可以追溯到1813年，著名數(shù)學家A.Cauchy對結構相連的八面體運動的可能性產生了興趣并進行了研究；十九世紀末工程師已經開始對空間機構進行研究了；1931年，Gwinnett在其專利中提出了一種并聯(lián)機構的娛樂裝置；1940年，Pollard在其專利中提出了一種空間工業(yè)并聯(lián)機構，用于汽車的噴漆1949年Gough采用并聯(lián)機構制作了輪胎檢測裝置；5A發(fā)展與應用并聯(lián)機器人簡介5A發(fā)展與應用直到1962年才出現(xiàn)相關的文字報道；1965年，Stewart在他的一篇文章提出了一種6自由度的并聯(lián)機構，并建議可以將該機構用于飛行器、受人類控制的宇宙飛船，還可以作為新型機床的設計基礎；J.Tindale建議將該形式的機構用于礦山開采機構和海上鉆井平臺；D.Stewart.aplatformwithsixdegreesoffreedom[J].procinstnmechengrs.Vol.180,No.15,19656A發(fā)展與應用直到1962年才出現(xiàn)相關的文字報道；6A發(fā)展與應用1978年，澳大利亞著名機構學家Hunt提出可以應用6自由度的Stweart平臺機構作為機器手的思想；1979年Mccallino等人首次設計出了在小型計算機控制下，在精密組裝中完成校準任務的并聯(lián)機器人，從而真正拉開了并聯(lián)機器人研究的序幕，越來越多的學者投入到研究之中；到80年代末期特別是90年代以來，并聯(lián)機器人廣為注意，并成為了新的熱點，許多大型會議都設多個專題進行討論，國際上名的學者有Warldron，Roth，Gosselin，F(xiàn)enton，Merlet，Angele等。王海東.并聯(lián)機器人機構構型與性能分析[D].秦皇島：燕山大學，2001.張志濤.Stewart類六自由度并聯(lián)機構的研制[D].天津：天津大學，2009.7A發(fā)展與應用1978年，澳大利亞著名機構學家Hunt提出可以應發(fā)展與應用對于傳統(tǒng)的Stewart并聯(lián)機構，從結構上看,運動的動平臺(platform)通過六個運動鏈(chain)或分支(leg)與固定平臺(base)相聯(lián)接,每個分支與動平臺的聯(lián)接為球鉸或虎克鉸,與定平臺的聯(lián)接為虎克鉸或球鉸。從理論上講這六個分支可以任意擺放,每個分支由惟一的驅動控制器驅動,運動平臺的運動是通過這六個分支的可驅動桿件的伸縮來實現(xiàn)的,它是一種復雜的六自由度相協(xié)調的空間運動。通常也稱之為6-6型Stewart平臺。通過引入復合球鉸，可以得到6-3型或3-3型Stewart平臺機構。王海東.并聯(lián)機器人機構構型與性能分析[D].秦皇島：燕山大學，2001.張志濤.Stewart類六自由度并聯(lián)機構的研制[D].天津：天津大學，2009.候凱翔.六自由度動感體驗設備及控制系統(tǒng)開發(fā)[D].長春：吉林大學，2011.8A發(fā)展與應用對于傳統(tǒng)的Stewart并聯(lián)機構，從結構上看,運動發(fā)展與應用應用領域訓練模擬器/駕駛模擬器訓練用飛行模擬器具有節(jié)能、經濟、安全、不受場地和氣候條件限制等優(yōu)點。目前已成為各類飛行員訓練必備工具。Stewart在1965年首次提出把六自由度并聯(lián)機構作為飛行模擬器，開此應用的先河。目前，國際上有大約70家公司生產基于并聯(lián)機構的各種運動模擬器。并聯(lián)平臺機構在軍事方面也得到了應用，將平臺裝于坦克或軍艦上，用它來模擬仿真路面譜和海面譜，以使目標的瞄準設計過程中不受這些因素的干擾，達到準確擊中目標的目的。9A發(fā)展與應用應用領域9A發(fā)展與應用檢測產品在模擬的反復沖擊、振動下的運行可靠性Gough在1948年提出用一種關節(jié)連接的機器來檢測輪胎。輪胎檢測是將輪胎安裝在試驗臺輪轂上，施加載荷并讓其高速旋轉，通過測定輪胎旋轉時所受的徑向、側向和縱向滾動阻力的變化值。并聯(lián)機構的靈活性和高剛度具有很大的優(yōu)勢。目前，Stewart平臺仍廣泛用于輪胎均勻性檢測和動平衡實驗。李仕華.幾種空間少自由度并聯(lián)機器人機構分析與綜合的理論研究[D].秦皇島：燕山大學，2004.10A發(fā)展與應用檢測產品在模擬的反復沖擊、振動下的運行可靠性李仕發(fā)展與應用娛樂運動模擬平臺運動仿真就是因為能給人以動感刺激才逐步進入娛樂業(yè)的。運動的并聯(lián)平臺配以視景、音響以及觸覺等。如美國和日本的“星球航行”、“宇宙航行”等娛樂設施均采用并聯(lián)機構平臺。在中國我們也有比如“動感電影”，又叫“模擬電影系統(tǒng)”候凱翔.六自由度動感體驗設備及控制系統(tǒng)開發(fā)[D].長春：吉林大學，2011.李仕華.幾種空間少自由度并聯(lián)機器人機構分析與綜合的理論研究[D].秦皇島：燕山大學，200411A發(fā)展與應用娛樂運動模擬平臺候凱翔.六自由度動感體驗設備及控制發(fā)展與應用并聯(lián)機床虛擬軸車床是并聯(lián)機構在工程應用領域最成功的范例,與傳統(tǒng)數(shù)控機床相比較,它具有傳動鏈短、結構簡單、制造方便、剛性好、重量輕、速度快、切削效率高、精度高、成本低等優(yōu)點,容易實現(xiàn)六軸聯(lián)動,因而能加工復雜的三維曲面。1994年在芝加哥國際機床博覽會上，美國Giddings&Lewis公司和英國Geodetic公司首次展出了稱為VARIAX和Hexapods的虛擬軸機床，被認為是二十世紀以來機床結構的最大變革與創(chuàng)新。1997年在德國漢諾威國際機床博覽會(EMO97)和1999年巴黎國際機床博覽會(EMO99)上，又推出了多種并聯(lián)機床樣機。李仕華.幾種空間少自由度并聯(lián)機器人機構分析與綜合的理論研究[D].秦皇島：燕山大學，200412A發(fā)展與應用并聯(lián)機床12A發(fā)展與應用我國第一臺虛擬軸機床原型樣機VAMTIY已由清華大學和天津大學聯(lián)合開發(fā)；天津大學和天津第一機床總廠合作于1999年研制了三坐標并聯(lián)機床商品化樣機LINAPOD；哈爾濱工業(yè)大學燕山大學李仕華.幾種空間少自由度并聯(lián)機器人機構分析與綜合的理論研究[D].秦皇島：燕山大學，2004.13A發(fā)展與應用我國第一臺虛擬軸機床原型樣機VAMTIY已由清華大發(fā)展與應用魯爾大學天文研究所1.5m口徑光學望遠鏡李仕華.幾種空間少自由度并聯(lián)機器人機構分析與綜合的理論研究[D].秦皇島：燕山大學，2004.14A發(fā)展與應用魯爾大學天文研究所李仕華.幾種空間少自由度并聯(lián)機器發(fā)展與應用15A發(fā)展與應用15A原理

并聯(lián)機器人的自由度計算公式為：式中：σ表示機構的自由度，m表示活動構件總數(shù)，n表示運動副件的個數(shù)，pi表示第i個運動副的限制自由度數(shù)?；⒖算q鏈的限制自由度數(shù)為4，球鉸鏈的限制自由度數(shù)為3，滑動缸體的限制自由度數(shù)為5。傳統(tǒng)的六自由度并聯(lián)機器人活動構件的總數(shù)一般為13個。綜上，六自由度并聯(lián)機器人的自由度為：6*13-(6*3+6*4+6*5)=6張志濤.Stewart類六自由度并聯(lián)機構的研制[D].天津：天津大學，2009.16A原理并聯(lián)機器人的自由度計算公式為：式中：σ表示機構的自由度原理球鉸鏈虎克鉸鏈缸體17A原理球鉸鏈虎克鉸鏈缸體17A原理位置反解：初始位置時，靜坐標系O-XYZ與參考坐標系完全重合，將動坐標依次繞X、Y、Z軸分別旋轉а、β、γ角，所得到的旋轉矩陣為：式中：cа=cosа，sа=sinа候凱翔.六自由度動感體驗設備及控制系統(tǒng)開發(fā)[D].長春：吉林大學，2011.18A原理位置反解：初始位置時，靜坐標系O-XYZ與參考坐標系完全原理然后將動坐標系分別沿著參考坐標系X、Y、Z軸分別平移a、b、c，齊次轉換矩陣為：綜上，可得到動坐標系到參考坐標系的轉換矩陣為：候凱翔.六自由度動感體驗設備及控制系統(tǒng)開發(fā)[D].長春：吉林大學，2011.19A原理然后將動坐標系分別沿著參考坐標系X、Y、Z軸分別平移a、原理位置反解就是根據(jù)運動平臺的位姿反求出各個驅動缸的伸長量，要實現(xiàn)這一求解過程，首先需要對六自由度并聯(lián)機器人參考坐標系和動坐標系。候凱翔.六自由度動感體驗設備及控制系統(tǒng)開發(fā)[D].長春：吉林大學，2011.20A原理位置反解就是根據(jù)運動平臺的位姿反求出各個驅動缸的伸長量，原理上下平臺各鉸點分別在參考坐標系和動坐標系中的坐標為：21A原理上下平臺各鉸點分別在參考坐標系和動坐標系中的坐標為：21原理

22A原理

22A原理

23A原理

23A伺服系統(tǒng)建模六自由度并聯(lián)機器人伺服系統(tǒng)為電流轉速位置三閉環(huán)結構，常用的調整量是位置，即桿件的位移大小。仿真模型的建立需要伺服系統(tǒng)的數(shù)學模型，電機的模型是核心內容。應用于六自由度并聯(lián)機器人中的電機為交流永磁同步電機，簡稱PMSM。本文的PMSM模型建立在d-q坐標系下。PMSM的數(shù)學模型有三部分：電壓、輸出轉矩、機械運動。由于篇幅限制，我們無法詳細敘述d-q坐標系與PMSM模型的推導過程。為了便于仿真，PMSM的數(shù)學模型可以寫成如下形式：其中電壓方程可表示為：（1）（2）24A伺服系統(tǒng)建模六自由度并聯(lián)機器人伺服系統(tǒng)為電流轉速位置三閉環(huán)結伺服系統(tǒng)建模輸出轉矩方程可表示為：機械運動方程可表示為：其中id、iq是電樞電流d-q坐標系下的分量，Ld、Lq表示定子在d-q坐標系下的等效電感，ψf表示永磁體基波磁鏈，ud、uq表示d-q坐標系下定子電樞電壓分量，ψd、ψq表示d-q坐標系下的定子磁鏈，Ra表示定子繞組的電阻，p=d/dt表示微分算子，pn表示PMSM的極對數(shù)，TL表示負載轉矩，JM表示電機轉子轉動慣量，JL表示負載到電機側的轉動慣量，B表示摩擦系數(shù)，ωm表示機械角速度，且有：其中ωr表示d-q坐標系的旋轉角速度。（3）（4）（5）（6）25A伺服系統(tǒng)建模輸出轉矩方程可表示為：機械運動方程可表示為：其中伺服系統(tǒng)建模PMSM不能簡單依靠調節(jié)電樞電流來實現(xiàn)電磁轉矩的控制，工程上通常采用矢量變換控制法對其進行控制。主要的矢量控制方法有id=0控制。當用id=0矢量控制時，轉子磁鏈的方向固定，定子的電流與轉子磁通量彼此不耦合，調控更方便且被控速度范圍更大，由于本實驗六自由度并聯(lián)機器人的PMSM數(shù)學模型是在d-q坐標系下創(chuàng)建的，采用id=0矢量控制法更合適，此方法是通過對軸向電流解耦，可使定子電流中只存在交軸方向的分量。若id=0，則PMSM的電壓方程可改寫為：其中：（7）表示電機的轉矩系數(shù)。（8）（9）26A伺服系統(tǒng)建模PMSM不能簡單依靠調節(jié)電樞電流來實現(xiàn)電磁轉矩的伺服系統(tǒng)建模由式(1)和式(7)可得：假設La=Ld=Lq，根據(jù)式(10)可以得到PMSM在id=0情況下的狀態(tài)方程：（10）（11）在零初始條件下，對式(13)進行拉普拉斯變換，得到以電壓uq為輸入，轉子速度為輸出的交流永磁同步電機控制原理圖：27A伺服系統(tǒng)建模由式(1)和式(7)可得：假設La=Ld=Lq，伺服系統(tǒng)建模理論上反電動勢系數(shù)Ku=pnLaif，但是實際系統(tǒng)中電機電樞電流的調節(jié)過程比電樞的反電動勢變化快，反電動勢對電流環(huán)來說只是一個擾動作用，在電流調節(jié)器的調節(jié)過程中可以認為反電動勢不變，因此反電動勢負反饋系數(shù)Ku為零。28A伺服系統(tǒng)建模理論上反電動勢系數(shù)Ku=pnLaif，但是實際系伺服系統(tǒng)仿真29A伺服系統(tǒng)仿真29A伺服系統(tǒng)建模&仿真30A伺服系統(tǒng)建模&仿真30A伺服系統(tǒng)建模&仿真31A伺服系統(tǒng)建模&仿真31A伺服系統(tǒng)建模&仿真eecNBNMNSZPSPMPBNBNBNBNBNBNMZZNMNBNBNBNBNMZZNSNMNMNMNMZPSPSZNMNMNSZPSPMPMPSNSNSZPMPMPMPMPMZZPMPBPBPBPBPBZZPMPBPBPBPBif(eisNB)and(ecisPB)then(output1isZ)；if(eisNM)and(ecisNB)then(output1isNB)if(eisNM)and(ecisNM)then(output1isNB)；if(eisNM)and(ecisNS)then(output1isNB)if(eisNM)and(ecisZ)then(output1isNB)；if(eisNM)and(ecisPS)then(output1isNM)if(eisNM)and(ecisPM)then(output1isZ)；if(eisNM)and(ecisPB)then(output1isZ)if(eisNS)and(ecisNB)then(output1isNM)；if(eisNS)and(ecisNM)then(output1isNM)Gain的值為4，Gain1的值為2.692，Gain2的值為0.46832A伺服系統(tǒng)建模&仿真eNBNMNSZPSPMPBNBNBNBN伺服系統(tǒng)建模&仿真33A伺服系統(tǒng)建模&仿真33A伺服系統(tǒng)建模&仿真單位階躍響應穩(wěn)態(tài)誤差/mm弦波跟蹤誤差/mm無噪聲有噪聲無噪聲有噪聲0.0011mm-0.0087mm~0.0214mm-0.0754mm~0.0751mm-0.0900mm~0.0912mm0.3s34A伺服系統(tǒng)建模&仿真單位階躍響應穩(wěn)態(tài)誤差/mm弦波跟蹤誤差/m伺服系統(tǒng)建模&仿真eecNBNMNSZPSPMPBNBPB/NB/PSPB/NB/NSPM/NM/NBPM/NM/NBPS/NS/NBZ/Z/NMZ/Z/PSNMPB/NB/PSPB/NB/NSPM/NM/NBPS/NS/NMPS/NS/NMZ/Z/NSNS/Z/ZNSPM/NB/ZPM/NM/NSPM/NS/NMPS/NS/NMZ/Z/NSNS/PS/NSNS/PS/ZZPM/NM/ZPM/NM/NSPS/NS/NSZ/Z/NSNS/PS/NSNM/PM/NSNM/PM/ZPSPS/NM/ZPS/NS/ZZ/Z/ZNS/PS/ZNS/PS/ZNM/PM/ZNM/PB/ZPMPS/Z/PBZ/Z/NSNS/PS/PSNM/PS/PSNM/PM/PSNM/PB/PSNB/PB/PBPBZ/Z/PBZ/Z/PMNM/PS/PMNM/PM/PMNM/PM/PSNB/PB/PSNB/PB/PBif(eisNB)and(ecisNB)then(output1isPB)(output2isNB)(output3isPS)；if(eisNM)and(ecisNB)then(output1isPB)(output2isNB)(output3isPS);ΔKp的論域設置為{-0.3,-0.2,-0.1,0,0.1,0.2,0.3}，ΔKi的論域設置為{-0.06,-0.04,-0.02,0,0.02,0.04,0.06}，ΔKd的論域設置為{-3,-2,-1,0,1,2,3}Gain1的值為0.6，Gain2的值為0.01，Gain3、Gain4、Gain5值分別是0.0798、4.533、0.1004，Constant1、Constant2、Constant3的值分別是36.9、0.19、1.94535A伺服系統(tǒng)建模&仿真eNBNMNSZPSPMPBNBPB/NB伺服系統(tǒng)建模&仿真36A伺服系統(tǒng)建模&仿真36A伺服系統(tǒng)建模&仿真單位階躍響應穩(wěn)態(tài)誤差/mm弦波跟蹤誤差/mm無噪聲有噪聲無噪聲有噪聲0.0007mm-0.0108mm~0.0165mm-0.0300mm~0.0293mm-0.0498mm~0.0623mm0.25s37A伺服系統(tǒng)建模&仿真單位階躍響應穩(wěn)態(tài)誤差/mm弦波跟蹤誤差/m我們的設備38A我們的設備38A我們的設備39A我們的設備39A我們的設備40A我們的設備40A我們的設備EMI：A2LB-30A250VAC，50/60Hz，30A，-25°C~85°C41A我們的設備EMI：A2LB-30A41A謝謝大家！42A謝謝大家！42A文獻閱讀報告：

六自由度并聯(lián)機器人簡介指導老師：艾力·玉蘇甫報告人：胡開宇43A文獻閱讀報告：

六自由度并聯(lián)機器人簡介指導老師：艾力·玉蘇甫目錄題目發(fā)展與應用原理伺服系統(tǒng)建模我們的設備44A目錄2A題目南仁東.中國科學G輯.物理學力學天文學,2005,35(5).段艷斌等.機械設計與制造.2013,(8).45A題目南仁東.中國科學G輯.物理學力學天文學,200題目比較項目并聯(lián)機器人串聯(lián)機器人工作空間小大剛度高低奇異性問題很多不多負載能力高低慣量小大結構復雜簡單位置精度誤差平均化誤差積累速度較高較低加速度較高較低承載力多桿積累單桿限制位置反解容易困難位置正解困難容易控制復雜簡單YiuY.K.Ph.D.Thesis.HongKong:TheHongKongUniversityofScienceandTechnology.200246A題目比較項目并聯(lián)機器人串聯(lián)機器人工作空間小大剛度高低奇異性問發(fā)展與應用并聯(lián)機器人簡介并聯(lián)機構的研究最早可以追溯到1813年，著名數(shù)學家A.Cauchy對結構相連的八面體運動的可能性產生了興趣并進行了研究；十九世紀末工程師已經開始對空間機構進行研究了；1931年，Gwinnett在其專利中提出了一種并聯(lián)機構的娛樂裝置；1940年，Pollard在其專利中提出了一種空間工業(yè)并聯(lián)機構，用于汽車的噴漆1949年Gough采用并聯(lián)機構制作了輪胎檢測裝置；47A發(fā)展與應用并聯(lián)機器人簡介5A發(fā)展與應用直到1962年才出現(xiàn)相關的文字報道；1965年，Stewart在他的一篇文章提出了一種6自由度的并聯(lián)機構，并建議可以將該機構用于飛行器、受人類控制的宇宙飛船，還可以作為新型機床的設計基礎；J.Tindale建議將該形式的機構用于礦山開采機構和海上鉆井平臺；D.Stewart.aplatformwithsixdegreesoffreedom[J].procinstnmechengrs.Vol.180,No.15,196548A發(fā)展與應用直到1962年才出現(xiàn)相關的文字報道；6A發(fā)展與應用1978年，澳大利亞著名機構學家Hunt提出可以應用6自由度的Stweart平臺機構作為機器手的思想；1979年Mccallino等人首次設計出了在小型計算機控制下，在精密組裝中完成校準任務的并聯(lián)機器人，從而真正拉開了并聯(lián)機器人研究的序幕，越來越多的學者投入到研究之中；到80年代末期特別是90年代以來，并聯(lián)機器人廣為注意，并成為了新的熱點，許多大型會議都設多個專題進行討論，國際上名的學者有Warldron，Roth，Gosselin，F(xiàn)enton，Merlet，Angele等。王海東.并聯(lián)機器人機構構型與性能分析[D].秦皇島：燕山大學，2001.張志濤.Stewart類六自由度并聯(lián)機構的研制[D].天津：天津大學，2009.49A發(fā)展與應用1978年，澳大利亞著名機構學家Hunt提出可以應發(fā)展與應用對于傳統(tǒng)的Stewart并聯(lián)機構，從結構上看,運動的動平臺(platform)通過六個運動鏈(chain)或分支(leg)與固定平臺(base)相聯(lián)接,每個分支與動平臺的聯(lián)接為球鉸或虎克鉸,與定平臺的聯(lián)接為虎克鉸或球鉸。從理論上講這六個分支可以任意擺放,每個分支由惟一的驅動控制器驅動,運動平臺的運動是通過這六個分支的可驅動桿件的伸縮來實現(xiàn)的,它是一種復雜的六自由度相協(xié)調的空間運動。通常也稱之為6-6型Stewart平臺。通過引入復合球鉸，可以得到6-3型或3-3型Stewart平臺機構。王海東.并聯(lián)機器人機構構型與性能分析[D].秦皇島：燕山大學，2001.張志濤.Stewart類六自由度并聯(lián)機構的研制[D].天津：天津大學，2009.候凱翔.六自由度動感體驗設備及控制系統(tǒng)開發(fā)[D].長春：吉林大學，2011.50A發(fā)展與應用對于傳統(tǒng)的Stewart并聯(lián)機構，從結構上看,運動發(fā)展與應用應用領域訓練模擬器/駕駛模擬器訓練用飛行模擬器具有節(jié)能、經濟、安全、不受場地和氣候條件限制等優(yōu)點。目前已成為各類飛行員訓練必備工具。Stewart在1965年首次提出把六自由度并聯(lián)機構作為飛行模擬器，開此應用的先河。目前，國際上有大約70家公司生產基于并聯(lián)機構的各種運動模擬器。并聯(lián)平臺機構在軍事方面也得到了應用，將平臺裝于坦克或軍艦上，用它來模擬仿真路面譜和海面譜，以使目標的瞄準設計過程中不受這些因素的干擾，達到準確擊中目標的目的。51A發(fā)展與應用應用領域9A發(fā)展與應用檢測產品在模擬的反復沖擊、振動下的運行可靠性Gough在1948年提出用一種關節(jié)連接的機器來檢測輪胎。輪胎檢測是將輪胎安裝在試驗臺輪轂上，施加載荷并讓其高速旋轉，通過測定輪胎旋轉時所受的徑向、側向和縱向滾動阻力的變化值。并聯(lián)機構的靈活性和高剛度具有很大的優(yōu)勢。目前，Stewart平臺仍廣泛用于輪胎均勻性檢測和動平衡實驗。李仕華.幾種空間少自由度并聯(lián)機器人機構分析與綜合的理論研究[D].秦皇島：燕山大學，2004.52A發(fā)展與應用檢測產品在模擬的反復沖擊、振動下的運行可靠性李仕發(fā)展與應用娛樂運動模擬平臺運動仿真就是因為能給人以動感刺激才逐步進入娛樂業(yè)的。運動的并聯(lián)平臺配以視景、音響以及觸覺等。如美國和日本的“星球航行”、“宇宙航行”等娛樂設施均采用并聯(lián)機構平臺。在中國我們也有比如“動感電影”，又叫“模擬電影系統(tǒng)”候凱翔.六自由度動感體驗設備及控制系統(tǒng)開發(fā)[D].長春：吉林大學，2011.李仕華.幾種空間少自由度并聯(lián)機器人機構分析與綜合的理論研究[D].秦皇島：燕山大學，200453A發(fā)展與應用娛樂運動模擬平臺候凱翔.六自由度動感體驗設備及控制發(fā)展與應用并聯(lián)機床虛擬軸車床是并聯(lián)機構在工程應用領域最成功的范例,與傳統(tǒng)數(shù)控機床相比較,它具有傳動鏈短、結構簡單、制造方便、剛性好、重量輕、速度快、切削效率高、精度高、成本低等優(yōu)點,容易實現(xiàn)六軸聯(lián)動,因而能加工復雜的三維曲面。1994年在芝加哥國際機床博覽會上，美國Giddings&Lewis公司和英國Geodetic公司首次展出了稱為VARIAX和Hexapods的虛擬軸機床，被認為是二十世紀以來機床結構的最大變革與創(chuàng)新。1997年在德國漢諾威國際機床博覽會(EMO97)和1999年巴黎國際機床博覽會(EMO99)上，又推出了多種并聯(lián)機床樣機。李仕華.幾種空間少自由度并聯(lián)機器人機構分析與綜合的理論研究[D].秦皇島：燕山大學，200454A發(fā)展與應用并聯(lián)機床12A發(fā)展與應用我國第一臺虛擬軸機床原型樣機VAMTIY已由清華大學和天津大學聯(lián)合開發(fā)；天津大學和天津第一機床總廠合作于1999年研制了三坐標并聯(lián)機床商品化樣機LINAPOD；哈爾濱工業(yè)大學燕山大學李仕華.幾種空間少自由度并聯(lián)機器人機構分析與綜合的理論研究[D].秦皇島：燕山大學，2004.55A發(fā)展與應用我國第一臺虛擬軸機床原型樣機VAMTIY已由清華大發(fā)展與應用魯爾大學天文研究所1.5m口徑光學望遠鏡李仕華.幾種空間少自由度并聯(lián)機器人機構分析與綜合的理論研究[D].秦皇島：燕山大學，2004.56A發(fā)展與應用魯爾大學天文研究所李仕華.幾種空間少自由度并聯(lián)機器發(fā)展與應用57A發(fā)展與應用15A原理

并聯(lián)機器人的自由度計算公式為：式中：σ表示機構的自由度，m表示活動構件總數(shù)，n表示運動副件的個數(shù)，pi表示第i個運動副的限制自由度數(shù)。虎克鉸鏈的限制自由度數(shù)為4，球鉸鏈的限制自由度數(shù)為3，滑動缸體的限制自由度數(shù)為5。傳統(tǒng)的六自由度并聯(lián)機器人活動構件的總數(shù)一般為13個。綜上，六自由度并聯(lián)機器人的自由度為：6*13-(6*3+6*4+6*5)=6張志濤.Stewart類六自由度并聯(lián)機構的研制[D].天津：天津大學，2009.58A原理并聯(lián)機器人的自由度計算公式為：式中：σ表示機構的自由度原理球鉸鏈虎克鉸鏈缸體59A原理球鉸鏈虎克鉸鏈缸體17A原理位置反解：初始位置時，靜坐標系O-XYZ與參考坐標系完全重合，將動坐標依次繞X、Y、Z軸分別旋轉а、β、γ角，所得到的旋轉矩陣為：式中：cа=cosа，sа=sinа候凱翔.六自由度動感體驗設備及控制系統(tǒng)開發(fā)[D].長春：吉林大學，2011.60A原理位置反解：初始位置時，靜坐標系O-XYZ與參考坐標系完全原理然后將動坐標系分別沿著參考坐標系X、Y、Z軸分別平移a、b、c，齊次轉換矩陣為：綜上，可得到動坐標系到參考坐標系的轉換矩陣為：候凱翔.六自由度動感體驗設備及控制系統(tǒng)開發(fā)[D].長春：吉林大學，2011.61A原理然后將動坐標系分別沿著參考坐標系X、Y、Z軸分別平移a、原理位置反解就是根據(jù)運動平臺的位姿反求出各個驅動缸的伸長量，要實現(xiàn)這一求解過程，首先需要對六自由度并聯(lián)機器人參考坐標系和動坐標系。候凱翔.六自由度動感體驗設備及控制系統(tǒng)開發(fā)[D].長春：吉林大學，2011.62A原理位置反解就是根據(jù)運動平臺的位姿反求出各個驅動缸的伸長量，原理上下平臺各鉸點分別在參考坐標系和動坐標系中的坐標為：63A原理上下平臺各鉸點分別在參考坐標系和動坐標系中的坐標為：21原理

64A原理

22A原理

65A原理

23A伺服系統(tǒng)建模六自由度并聯(lián)機器人伺服系統(tǒng)為電流轉速位置三閉環(huán)結構，常用的調整量是位置，即桿件的位移大小。仿真模型的建立需要伺服系統(tǒng)的數(shù)學模型，電機的模型是核心內容。應用于六自由度并聯(lián)機器人中的電機為交流永磁同步電機，簡稱PMSM。本文的PMSM模型建立在d-q坐標系下。PMSM的數(shù)學模型有三部分：電壓、輸出轉矩、機械運動。由于篇幅限制，我們無法詳細敘述d-q坐標系與PMSM模型的推導過程。為了便于仿真，PMSM的數(shù)學模型可以寫成如下形式：其中電壓方程可表示為：（1）（2）66A伺服系統(tǒng)建模六自由度并聯(lián)機器人伺服系統(tǒng)為電流轉速位置三閉環(huán)結伺服系統(tǒng)建模輸出轉矩方程可表示為：機械運動方程可表示為：其中id、iq是電樞電流d-q坐標系下的分量，Ld、Lq表示定子在d-q坐標系下的等效電感，ψf表示永磁體基波磁鏈，ud、uq表示d-q坐標系下定子電樞電壓分量，ψd、ψq表示d-q坐標系下的定子磁鏈，Ra表示定子繞組的電阻，p=d/dt表示微分算子，pn表示PMSM的極對數(shù)，TL表示負載轉矩，JM表示電機轉子轉動慣量，JL表示負載到電機側的轉動慣量，B表示摩擦系數(shù)，ωm表示機械角速度，且有：其中ωr表示d-q坐標系的旋轉角速度。（3）（4）（5）（6）67A伺服系統(tǒng)建模輸出轉矩方程可表示為：機械運動方程可表示為：其中伺服系統(tǒng)建模PMSM不能簡單依靠調節(jié)電樞電流來實現(xiàn)電磁轉矩的控制，工程上通常采用矢量變換控制法對其進行控制。主要的矢量控制方法有id=0控制。當用id=0矢量控制時，轉子磁鏈的方向固定，定子的電流與轉子磁通量彼此不耦合，調控更方便且被控速度范圍更大，由于本實驗六自由度并聯(lián)機器人的PMSM數(shù)學模型是在d-q坐標系下創(chuàng)建的，采用id=0矢量控制法更合適，此方法是通過對軸向電流解耦，可使定子電流中只存在交軸方向的分量。若id=0，則PMSM的電壓方程可改寫為：其中：（7）表示電機的轉矩系數(shù)。（8）（9）68A伺服系統(tǒng)建模PMSM不能簡單依靠調節(jié)電樞電流來實現(xiàn)電磁轉矩的伺服系統(tǒng)建模由式(1)和式(7)可得：假設La=Ld=Lq，根據(jù)式(10)可以得到PMSM在id=0情況下的狀態(tài)方程：（10）（11）在零初始條件下，對式(13)進行拉普拉斯變換，得到以電壓uq為輸入，轉子速度為輸出的交流永磁同步電機控制原理圖：69A伺服系統(tǒng)建模由式(1)和式(7)可得：假設La=Ld=Lq，伺服系統(tǒng)建模理論上反電動勢系數(shù)Ku=pnLaif，但是實際系統(tǒng)中電機電樞電流的調節(jié)過程比電樞的反電動勢變化快，反電動勢對電流環(huán)來說只是一個擾動作用，在電流調節(jié)器的調節(jié)過程中可以認為反電動勢不變，因此反電動勢負反饋系數(shù)Ku為零。70A伺服系統(tǒng)建模理論上反電動勢系數(shù)Ku=pnLaif，但是實際系伺服系統(tǒng)仿真71A伺服系統(tǒng)仿真29A伺服系統(tǒng)建模&仿真72A伺服系統(tǒng)建模&仿真30A伺服系統(tǒng)建模&仿真73A伺服系統(tǒng)建模&仿真31A伺服系統(tǒng)建模&仿真eecNBNMNSZPSPMPBNBNBNBNBNBNMZZNMNBNBNBNBNMZZNSNMNMNMNMZPSPSZNMNMNSZPSPMPMPSNSNSZPMPMPMPMPMZZPMPBPBPBPBPBZZPMPBPBPBPBif(eisNB)and(ecisPB)then(output1isZ)；if(eisNM)and(ecisNB)then(output1isNB)if(eisNM)and(ecisNM)then(output1isNB)；if(eisNM)and(ecisNS)then(output1isNB)if(eisNM)and(ecisZ)then(output1isNB)；if(eisNM)and(ecisPS)then(output1isNM)if(eisNM)and(ecisPM)then(output1isZ)；if(eisNM)and(ecisPB)then(output1isZ)if(eisNS)and(ecisNB)then(output1isNM)；if(eisNS)a